明渠柱体上游马蹄涡的运动学特征研究

摘要：

马蹄涡是水下柱体结构周围床面冲刷的主要动力。为掌握马蹄涡的运动学特征，引入了基于旋转强度的马蹄涡识别方法，提出了基于椭圆涡拟合的马蹄涡特征提取方法，其中，椭圆涡由Oseen涡和倾斜单向剪切流叠加而成。基于上述方法，通过开展明渠圆柱绕流PIV实验，对柱体上游对称面时均流场中马蹄涡的运动学特征进行了研究。结果表明，在柱体雷诺数大于104的紊流柱体绕流中，马蹄涡上游的流动分离点随柱体雷诺数的增大而缓慢向下游移动，但马蹄涡的位置保持不变，涡中心距柱体中轴约0.67D（D为柱体直径或宽度），距床面约0.06D；随着柱体雷诺数的增大，马蹄涡的半径不变而强度增加，使得马蹄涡作用于床面的剪切应力增大。研究结果建立了客观提取马蹄涡运动学特征的数学方法，得到了流动分离点、马蹄涡位置等运动学特征随水流条件的变化规律，揭示了明渠柱体绕流与其它流动中柱体绕流的差异，初步构建了马蹄涡的动力作用概念模型。

关键词：柱体绕流、马蹄涡、特征提取、运动学特征、粒子图像测速

所属期刊栏目：47

分类号：TV131.2(水利工程基础科学)

资助基金：中国博士后科学基金项目2015M570031；国家自然科学基金项目51078021

在线出版日期：2016-05-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：158-164